JP2010255420A

JP2010255420A - ガス発電システム

Info

Publication number: JP2010255420A
Application number: JP2009102558A
Authority: JP
Inventors: Jun Yoshikawa; 潤吉川; Takeshi Noma; 毅野間; Katsunori Ide; 勝記井手; Chiaki Konishi; 千晶小西; Atsuko Langner; ラングナー・敦子
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-04-21
Filing date: 2009-04-21
Publication date: 2010-11-11

Abstract

【課題】ＣＯを利用した浸炭を行うとともに、浸炭炉で残存するＨ_２を発電装置に利用でき、更に発電装置中のＣＯ_２を吸収することを課題とする。
【解決手段】有機物ガスをＣＯとＨ_２を含むガスに改質するガス改質炉１１と、このガス改質炉１１の下流側に配置され，ガス改質炉１１から排出されたＣＯを利用して浸炭を行う浸炭炉１２と、この浸炭炉１２の下流側に配置され，浸炭炉１２から排出されたＨ_２を利用して発電を行う発電装置１３とを具備することを特徴とするガス発電システム。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス発電システムに関する。特に、本発明は、ＲＸガス発生器等のガス改質炉で発生するＨ_２を利用して発電を行ったり、発電装置で発生するＣＯ_２を削減するガス発電システムに関する。

従来、硬質の金属材料を生成するために浸炭処理を施しているが、この際に図６のような処理を行っている。
図中の符番１は、プロパン及び空気が供給されるＲＸガス発生器である。このガス発生器１の下流側には、浸炭炉２，アフターバーナー３が順次配置されている。ガス発生器１では、ＣＯ，Ｈ_２，Ｎ_２の他、微量のＣＯ_２が発生する。浸炭炉２では、アブドール反応にてＦｅ系材料に炭素を含浸させる。なお、浸炭炉２の出口から排出されるガスは入口から供給されるガスと略同じである。即ち、浸炭処理で使われる炭素は、極微量で入口ガス組成のまま排出される。アフターバーナー３は、浸炭炉２から出てくるガス（可燃性）を燃焼した後、排気する機能を有する。
従来、表面改質熱処理で使用した浸炭炉気を再生する技術としては、特許文献１が知られている。この技術は、浸炭炉気中から酸素ガス，二酸化炭素ガス，アンモニアガス，炭化水素ガスまたは水蒸気のいずれか１つ以上のガスを冷熱により液化または固化させて分離することを特徴とする。

特開２００４−２１２６４４号公報

しかし、従来のようにアフターバーナーで浸炭炉から出てくるガスを燃焼して排気すると、大量の二酸化炭素が発生し、ＣＯ_２排出規制という観点から問題になっている。
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、プロパンや空気を含む有機物ガスを部分燃焼するガス改質炉で発生するＣＯを利用して浸炭を行うとともに、浸炭炉で残存するＨ_２を発電装置に利用でき、更に発電装置中のＣＯ_２を吸収しえるガス発電システムを提供することを目的とする。

本発明に係るガス発電システムは、有機物ガスをＣＯとＨ_２を含むガスに改質するガス改質炉と、このガス改質炉の下流側に配置され，ガス改質炉から排出されたＣＯを利用して浸炭を行う浸炭炉と、この浸炭炉の下流側に配置され，浸炭炉から排出されたＨ_２を利用して発電を行う発電装置とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、プロパンや空気を含む有機物ガスを部分燃焼するガス改質炉で発生するＣＯを利用して浸炭を行うとともに、浸炭炉で残存するＨ_２を発電装置に利用でき、更に発電装置中のＣＯ_２を吸収することができる。

本発明の第１の実施形態に係るガス発電システムの説明図。本発明の第２の実施形態に係るガス発電システムの説明図。本発明の第３の実施形態に係るガス発電システムの説明図。本発明の第４の実施形態に係るガス発電システムの説明図。本発明の第５の実施形態に係るガス発電システムの説明図。従来のガス発生処理システムの説明図。

以下、本発明のガス発電システムについて詳細に説明する。
(1) 本発明のガス発電システムは、上述したように、ガス改質炉と浸炭炉と発電装置とを具備することを特徴とする。本発明によれば、浸炭炉ではガス改質炉からのＣＯを利用して浸炭を行い、かつ発電装置では浸炭炉から出てくるＨ_２を利用して発電を行うので、Ｈ_２を有効利用することができる。また、従来、排気処分していた量以上のＣＯ_２を削減することができる。

(2) 上記（１）において、発電装置の下流側にＣＯ_２を吸収するＣＯ_２吸収装置を配置することが好ましい。ＣＯ_２吸収装置の配置により、発電装置からの排ガス中のＣＯ_２も吸収するので、上記（１）の場合と比べてより多くのＣＯ_２を削減したり、再利用することができる。
(3) 上記（２）において、ＣＯ_２吸収装置にリチウムシリケートを用いることが好ましい。リチウムシリケートは吸収材の中でも特に吸収速度が大きいので、ＣＯ_２の吸収率を高めることができる。なお、リチウムシリケートの代わりに消石灰などを用いることもできる。

(4) 上記（２）において、ＣＯ_２吸収装置を複数個配置するとともに、ＣＯ_２吸収装置にリチウムシリケートが用いられ、ＣＯ_２の吸収を連続して行う構成にすることが好ましい。こうした構成の一例としては、例えば図３に示すように、２つのＣＯ_２吸収装置を配置し、一方のＣＯ_２吸収装置でＣＯ_２の吸収を行っている間に、他方のＣＯ_２吸収装置でリチウムシリケートの再生，ＣＯ_２の排出を行い、一方のＣＯ_２吸収装置によるＣＯ_２吸収が限界になった場合に、他方のＣＯ_２吸収装置に切り替えてＣＯ_２吸収を行うことにより、ＣＯ_２回収・固定化を連続して行うことができる。

(5) 本発明において、発電装置の上流側に、除塵装置，脱硫装置及び脱硝装置のいずれか一つを配置することが好ましい。一般に、浸炭ガスには塵や硫化水素あるいは窒素化合物が含まれている場合があるので、これらを取り除くために除塵装置，脱硫装置及び脱硝装置のいずれか一つあるいは二つ以上組み合わせて配置することが好ましい。

次に、本発明に係るガス発電システムの具体的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は下記に述べることに限定されない。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るガス発電システムについて図１を参照して説明する。
図中の符番１１は、プロパン及び空気等の有機物ガスが供給されるガス改質炉である。このガス改質炉１１の下流側には、浸炭炉１２，発電装置１３が順次配置されている。ガス発生器１１では、ＣＯ，Ｈ_２，Ｎ_２の他、微量のＣＯ_２が発生する。浸炭炉１２では、アブドール反応にてＦｅ系材料に炭素を含浸させる。なお、浸炭炉１２の出口から排出されるガスの組成は、入口から供給されるガスの組成と略同じである。即ち、浸炭処理で使われる炭素は、極微量で入口ガス組成のまま排出される。浸炭炉１２では、ガス改質炉１１からのＣＯを利用して浸炭を行う。発電装置１３では、浸炭炉１２から出てくるＨ_２を利用して発電を行う。

第１の実施形態に係るガス発電システムは、ガス改質炉１１と浸炭炉１２と発電装置１３を備え、浸炭炉１２ではガス改質炉１１からのＣＯを利用して浸炭を行い、かつ発電装置１３では浸炭炉１２から出てくるＨ_２を利用して発電を行うので、Ｈ_２を有効利用することができる。事実、従来、ＣＯ_２発生量：６Ｎｍ^３／ｈ，稼動時間：２４ｈ／日，稼動日数：３００日／年で年間３５トンのＣＯ_２を排気処分していたのに対し、排気処分以上のＣＯ_２量（４２トン）を削減する効果が確認できた。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るガス発電システムについて図２を参照して説明する。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図中の符番１４は、浸炭炉１２と発電装置１３間に配置された除塵装置である。除塵装置としては、例えばバグフィルタが使用される。発電装置１３の下流側には、ＣＯ_２を吸収するＣＯ_２吸収装置１５が配置されている。このＣＯ_２吸収装置１５では、例えばＬｉ_４ＳｉＯ_４（リチウムシリケート）が使用されている。リチウムシリケートとＣＯ_２との反応は、下記式（１）の通りである。
Ｌｉ_４ＳｉＯ_４＋ＣＯ_２＝Ｌｉ_２ＳｉＯ_３＋Ｌｉ_２ＣＯ_３ …（１）
上記式（１）において、７００℃以下の温度域では左辺から右辺へのＣＯ_２吸収反応が生じ、７００℃を超えた温度域では右辺から左辺へのＣＯ_２放出反応が生じ、リチウムシリケートの再生が行われる。ＣＯ_２吸収装置１５には、吸収したＣＯ_２を再利用したり、炭酸カルシウム等で固定化するＣＯ_２固定化・再利用装置２０が接続されている。

第２の実施形態によれば、発電装置１３の下流側にＣＯ_２吸収装置１５及びＣＯ_２固定化・再利用装置２０を配置することにより、発電装置１３から排出されるＣＯ_２も分離，回収するので、第１の実施形態と比べより多くのＣＯ_２を削減したり、再利用することができる。

なお、第２の実施形態では、ＣＯ_２吸収装置においてＣＯ_２吸収材としてリチウムシリケートを用いた場合について述べたが、これに限らず、消石灰やアミン溶液などを用いてもよい。また、発電装置の上流側に除塵装置を配置した場合について述べたが、これに限らず、硫化水素の除去のために脱硫装置１６を設けたり、あるいは窒素化合物の除去のために脱硝装置１７を配置してもよい。更に、これらの装置は２つ以上配置してもよい。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係るガス発電システムについて図３を参照して説明する。但し、図１，２と同部材は同符番を付して説明を省略する。また、図３において、発電装置の上流側は図示を省略しているが、図１，２と同様な構成となっている。

図中の符番２５，２６は、夫々リチウムシリケートを用いた第１・第２のＣＯ_２吸収装置である。第１・第２のＣＯ_２吸収装置２５，２６では，７００℃以下の温度域でＣＯ_２の吸収を行い、７００℃より高い温度域でリチウムシリケートの再生，ＣＯ_２の排出を行う。ＣＯ_２吸収装置２５，２６は、配管１９ａを介して発電装置１３と接続され、ＣＯ_２吸収装置２５，２６の入口側の配管１９ａには開閉弁１８ａ，１８ｂが夫々設けられている。
また、ＣＯ_２吸収装置２５，２６は、開閉弁１８ｅを介装した配管（バイパス管）１９ｂを介して発電装置１３の入口側の配管１９ｆと接続されている。ここで、開閉弁１８ｅは、発電装置１３の発電出力の増減に合せて配管１９ｂを流れる浸炭ガスのバイパス流量を制御する機能を有している。ＣＯ_２吸収装置２５，２６の入口側の配管１９ｂには、開閉弁１８ｃ，１８ｄが夫々設けられている。ここで、第１・第２のＣＯ_２吸収装置２５，２６の加温は、浸炭ガス中の水素の自燃により行う。なお、この燃焼は水素燃焼であるのでＣＯ_２は発生しない。

こうした構成のガス発電システムの作用は、次のとおりである。
即ち、開閉弁１８ａを開け、開閉弁１８ｂを閉じた状態で発電装置１３からの排ガス中のＣＯ_２を第１のＣＯ_２吸収装置２５に送り、該吸収装置２５のリチウムシリケートでＣＯ_２を吸収する。同時に、開閉弁１８ｄを開け、開閉弁１８ｃを閉じた状態で、浸炭ガスの一部を配管１９ｂより第２のＣＯ_２吸収装置２６に供給し、第２のＣＯ_２吸収装置２６を７００℃より高い温度で加温しリチウムシリケートの再生を行う。この再生は、上記（１）式を右辺から左辺へのＣＯ_２放出反応を意味する。

また、第１のＣＯ_２吸収装置２５でのＣＯ_２吸収が限界に達したら、開閉弁１８ａを閉じ、開閉弁１８ｂを開けた状態で発電装置１３からの排ガス中のＣＯ_２を第２のＣＯ_２吸収装置２６に送り、該吸収装置２６のリチウムシリケートで吸収する。ＣＯ_２吸収装置２５，２６で吸収したＣＯ_２は回収あるいは固定化し、ＣＯ_２吸収装置２５，２６からは清浄ガスが排気される。

更に、第２のＣＯ_２吸収装置２６によりＣＯ_２吸収を行っている間に、第１のＣＯ_２吸収装置２５でのリチウムシリケートの再生を行う。そして、第２のＣＯ_２吸収装置２６でのＣＯ_２吸収が限界に達したら、開閉弁を適宜切り替えて第１のＣＯ_２吸収装置２５によりＣＯ_２吸収を行う。このように、ＣＯ_２吸収装置２５，２６は切り替えて使用する。

第３の実施形態によれば、発電装置１３の下流側に、７００℃以下の温度域でＣＯ_２の吸収を行うとともに、７００℃より高い温度域でリチウムシリケートの再生，ＣＯ_２の排出を行う第１・第２のＣＯ_２吸収装置２５，２６を夫々配置し、これらのＣＯ_２吸収装置２５，２６を切り替えて使用する構成であるので、吸収・再生の切り替え時にシステムを停止することなく、ＣＯ_２回収・固定化を連続して行うことができる。
なお、第３の実施形態では、２組の第１・第２のＣＯ_２吸収装置を用いた場合について述べたが、これに限らず、３つ以上のＣＯ_２吸収装置を用いてもよい。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係るガス発電システムについて図４を参照して説明する。但し、図１〜３と同部材は同符番を付して説明を省略する。また、図３において、発電装置の上流側は図示を省略しているが、図１，２と同様な構成となっている。

図中の符番２１は、発電装置１３と配管１９ｃを介して接続するＣＯ_２吸収装置である。このＣＯ_２吸収装置２１には、ＣＯ_２吸収材として消石灰が用いられている。消石灰は、発電装置１３からのＣＯ_２と反応して重炭酸カルシウム溶液２７となる。ＣＯ_２吸収装置２１には反応槽２２が接続され、ポンプ２３を介装した配管１９ｄにより重炭酸カルシウム溶液２７が循環するようになっている。反応槽２２は、ボイラ２４により加熱できるように構成されている。ボイラ２４には、浸炭ガスの一部が燃焼用燃料として使用される。

こうした構成のガス発電システムにおいて、まず発電装置１３からの排ガス中のＣＯ_２をＣＯ_２吸収装置２１に収容した消石灰により吸収して重炭酸カルシウム溶液２７とする。次に、反応槽２２をボイラ２４により加温し、重炭酸カルシウム溶液２７からＣＯ_２ガスと炭酸カルシウムを分離回収する。また、ＣＯ_２ガスと炭酸カルシウムを除いた重炭酸カルシウム溶液２７は、循環ポンプ２３によりＣＯ_２吸収装置２１に戻す。

第４の実施形態によれば、消石灰を収容したＣＯ_２吸収装置２１及び反応槽２２を、循環ポンプ２３を介装した配管１９ｄによりループ状にするとともに、反応槽２２の加温により消石灰とＣＯ_２の反応により生じた重炭酸カルシウム溶液からＣＯ_２ガスと炭酸カルシウムを分離回収する構成となっている。従って、ＣＯ_２の回収とともに、純水な炭酸カルシウムを生成することができる。
なお、第４の実施形態では、ボイラにより反応槽を加温する場合について述べたが、これに限らず、例えばガス改質炉等で発生した熱を反応槽の加温に利用してもよい。

（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態に係るガス発電システムについて図５を参照して説明する。但し、図１〜４と同部材は同符番を付して説明を省略する。
本実施形態のガス発電システムは、図５に示すように、改質炉１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに対し浸炭炉１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを夫々直列に配置し、これら複数組の改質炉及び浸炭炉の下流側に電解装置１３を配置した構成となっている。なお、図５は改質炉及び浸炭炉を４組並列に配置した場合について述べたが、この数は４組に限らない。
第５の実施形態によれば、第１の実施形態と比較して大量のＣＯ_２量を削減することができる。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１１，１１ａ〜１１ｄ…改質炉、１２，１２ａ〜１２ｄ…浸炭炉、１３…発電装置、１４…除塵装置、１５，２１，２５，２６…ＣＯ_２吸収装置、１８ａ〜１８ｅ…開閉弁、１９ａ〜１９ｆ…配管、２２…反応槽、２３…循環ポンプ、２４…ボイラ。

Claims

有機物ガスをＣＯとＨ_２を含むガスに改質するガス改質炉と、このガス改質炉の下流側に配置され，ガス改質炉から排出されたＣＯを利用して浸炭を行う浸炭炉と、この浸炭炉の下流側に配置され，浸炭炉から排出されたＨ_２を利用して発電を行う発電装置とを具備することを特徴とするガス発電システム。
前記発電装置の下流側にＣＯ_２を吸収するＣＯ_２吸収装置を配置したことを特徴とする請求項１記載のガス発電システム。
前記ＣＯ_２吸収装置にリチウムシリケートを用いたことを特徴とする請求項２記載のガス発電システム。
前記ＣＯ_２吸収装置を複数個並列に配置するとともに、ＣＯ_２吸収装置にリチウムシリケートが用いられ、ＣＯ_２吸収装置ではＣＯ_２吸収とＣＯ_２排出を交互に行い、ＣＯ_２吸収を行うＣＯ_２吸収装置側に切り替えることでＣＯ_２の吸収を連続して行う構成であることを特徴とする請求項２記載のガス発電システム。
前記ＣＯ_２吸収装置に消石灰を用いたことを特徴とする請求項２記載のガス発電システム。
前記発電装置の上流側に、除塵装置，脱硫装置及び脱硝装置のいずれか一つを配置したことを特徴とする請求項１乃至５いずれか一記載のガス発電システム。